Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
Vlaams Congres van Leraars Wetenschappen 2000 Diepenbeek Frank Hardeman Ioniserende   Stralingen
Wat kunt u het komende uur verwachten? <ul><li>Inleiding </li></ul><ul><li>Basisbegrippen kernfysica </li></ul><ul><ul><li...
Enkele nuttige referenties <ul><li>G. Pfennig, H. Kleuwe-Nebenius, W. Seelmann-Eggebert: “Karlsruher Nuklidkarte”, Forschu...
Wie ik ben en waar ik werk <ul><li>Frank Hardeman Departementshoofd “Onderzoek van Beslissingsstrategieën” Studiecentrum v...
Basisbegrippen Stralingsfysica 1
Periodiek systeem van de elementen
Atoomstructuur  Bouw van het atoom 12 C Koolstof - 12 : 6 protonen (Z=6) en 6 neutronen een ‘neutraal’ koolstof-atoom heef...
Atoomstructuur (2) drie voorbeelden Waterstof Uranium Koolstof 1 H 235 U 12 C
Bij een vast aantal protonen, kan men het aantal neutronen N laten variëren: ISOTOPEN 12 C Koolstof - 12 : 6 protonen (Z=6...
Opbouw van de nuclidenkaart isotopen 12 C 13 C 14 C 6 Z aantal protonen N aantal neutronen 6 7 8
Fragment uit de nuclidenkaart
Fragment uit de nuclidenkaart Z aantal protonen N aantal neutronen
Radioactief verval: de belangrijkste vervalwijzen Onstabiel door te weinig neutronen :  bèta (+) verval proton wordt omgez...
Bèta verval proces dat zich afspeelt binnenin de kern  -  +
Bèta verval ontstaan van een nieuw element (dochterkern)  -  +
Bèta-straling spectrum van Natrium-24
Vervalwijzen van onstabiele kernen  + verval  - verval
Alfa verval: uitzending van een He-kern: twee protonen en twee neutronen  vb
Alfa-straling spectrum van Thorium-228
Vervalwijzen van onstabiele kernen    verval
De natuurlijke radioactieve alfa-stralers vervallen in verschillende stappen (alfa of beta) tot stabiliteit: Uranium, thor...
Gammastraling <ul><li>Gammastraling ontstaat door verdere herschikking van protonen en neutronen in de kern </li></ul><ul>...
Neutronen <ul><li>Neutrale deeltjes; instabiel </li></ul><ul><li>Komen voor bij: </li></ul><ul><ul><li>kernsplijting: </li...
Kernsplijting - kettingreactie geabsorbeerd in controlestaaf, U-238, FP of structuurmateriaal ; of weg uit de kern geabsor...
Straling in interactie met materie belangrijkste eigenschappen 2
Interactie van straling met materie   losmaken van electronen door elektromagnetische interactie:  ionisatie  (gedeeltel...
ionisatie door straling een geladen deeltje of gamma maakt door interactie een electron los uit de invloedsfeer van een at...
Vrije weglengte in lucht van alfastraling, bètastraling, gamma- en neutronenstraling: typische waarden    n enkele cent...
Vrije weglengte van alfastraling, bètastraling, en gammastraling in vaste stoffen en vloeistoffen: typische waarden    ...
Doordringingsvermogen van alfastraling, gammastraling en bètastraling
Verschil tussen bestraling en besmetting bestraling besmetting definitie Bron steeds buiten het lichaam De bron is opgenom...
De absorptie van gammastraling en X-stralen is niet steeds dezelfde <ul><li>Zeer sterk afhankelijk van de energie van de s...
Meten is weten: Detectie van straling
Metingen op basis van ionisatie <ul><li>Gasdetectoren </li></ul><ul><ul><li>ionisatiekamers </li></ul></ul><ul><ul><li>pro...
Meting op basis van scintillatie of lichtimpulsjes <ul><li>Sommige organische stoffen </li></ul><ul><ul><li>Stilbeen, anth...
Tijd voor wat praktische voorbeelden…. <ul><li>Vorm van meetmonsters </li></ul><ul><li>Keuze en constructie van detector <...
De ideale vorm van meetbronnen <ul><li>Alfa-straling:  </li></ul><ul><ul><li>zo dun mogelijk; anders te veel zelfabsorptie...
Keuze en vorm van detector <ul><li>Alfastraling </li></ul><ul><ul><li>dun venster </li></ul></ul><ul><ul><li>zowel gasvorm...
Veiligheid van de werknemer bij uitwendige bestraling <ul><li>Alfastraling: bereik zeer klein in lucht en vaste stof: stra...
Veiligheid van de werknemer bij inwendige besmetting <ul><li>Alfastraling: zeer lokaal: enkele cellen </li></ul><ul><ul><l...
Toepassingen in de industrie <ul><li>Diktemonitoring, keuze straling afhankelijk van materiaal en dikte (folies tot staalp...
Toepassingen in de geneeskunde <ul><li>Diagnose: Tc-99m (en andere) </li></ul><ul><ul><li>Molecules die bepaalde “tumor” z...
energieafzetting in materie ; geabsorbeerde dosis en equivalente dosis de ernst van een bestraling wordt bepaald door de h...
Als je zelf een opstelling wil bouwen: waar op te letten <ul><li>Alfabronnen: </li></ul><ul><ul><li>enkel zin als detector...
Eenheden van stralingsactiviteit en dosis aantal desintegraties per seconde Bq (Becquerel)  (curie) = equivalente straling...
Verband risico/dosis bij hoge en lage stralingsdosis Lineaire drempelwaarde - theorie
Inwendige blootstelling Specifiek gedrag van radionucliden in het lichaam
Natuurlijke en kunstmatige radioactiviteit 3
Natuurlijke en kunstmatige radioactiviteit De stralingsbelasting van de Belgische bevolking
Dosistempo ten gevolge van de gemiddelde achtergrondstraling in België
Evolutie van de inwendige besmetting met Cs-137 bij de Belgische bevolking
Pathways voor bestraling en besmetting
Natuurlijke radioactiviteit De Uranium-238 reeks
Natuurlijke radioactiviteit De Thorium-232 reeks
Schematisch model van een PWR (watergekoelde kernreactor)
Dosislimiteringssysteem van de ICRP voor praktijken en interventies
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

26 ioniserende stralingen

3,067 views

Published on

Published in: Travel, Business
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

26 ioniserende stralingen

  1. 1. Vlaams Congres van Leraars Wetenschappen 2000 Diepenbeek Frank Hardeman Ioniserende Stralingen
  2. 2. Wat kunt u het komende uur verwachten? <ul><li>Inleiding </li></ul><ul><li>Basisbegrippen kernfysica </li></ul><ul><ul><li>leidend tot: soorten stralingen en voornaamste eigenschappen </li></ul></ul><ul><li>Enkele noties over detectie van straling </li></ul><ul><li>Enkele proefjes en demo’s </li></ul><ul><li>Toepassingen en veiligheidsimplicaties </li></ul><ul><li>Afronding </li></ul>
  3. 3. Enkele nuttige referenties <ul><li>G. Pfennig, H. Kleuwe-Nebenius, W. Seelmann-Eggebert: “Karlsruher Nuklidkarte”, Forschungszentrum Karlsruhe </li></ul><ul><ul><li>te bestellen via: Markdtienste Haberbeck GmbH Industriestrasse 17, D-32791 Lage/Lippe Tel: (05232)6 12 28 Fax: (05232)6 84 45 </li></ul></ul><ul><li>Prof. Dr. J.D. Fast: “Energie uit Atoomkernen” Natuur en Techniek, Maastricht, 1980 </li></ul><ul><li>Christian Hoenraet (red.): “De energiebronnen en kernenergie: Vergelijkende analyse en ethische reflecties”, Acco, Leuven, Amersfoort, 1999 ISBN: 90-334-44349-X </li></ul><ul><li>Voor een excursie met de school: Isotopolis, Gravenstraat 73, 2480 Dessel: tentoonstelling over radioactiviteit, verwerking en berging van radioactief afval; verantwoordelijke: NIRAS </li></ul>
  4. 4. Wie ik ben en waar ik werk <ul><li>Frank Hardeman Departementshoofd “Onderzoek van Beslissingsstrategieën” Studiecentrum voor kernenergie (SCK•CEN) Boeretang 200 2400 België Tel.: 014/33.28.51 Fax.: 014/32.10.56 email: fhardema@sckcen.be </li></ul><ul><li>Activiteiten: Beleidsondersteuning: noodplanning, omgevingsmetingen enz. Medische toepassingen: nieuw project “Humane Wetenschappen”: nieuwe projecten </li></ul>
  5. 5. Basisbegrippen Stralingsfysica 1
  6. 6. Periodiek systeem van de elementen
  7. 7. Atoomstructuur Bouw van het atoom 12 C Koolstof - 12 : 6 protonen (Z=6) en 6 neutronen een ‘neutraal’ koolstof-atoom heeft 6 electronen rond de kern
  8. 8. Atoomstructuur (2) drie voorbeelden Waterstof Uranium Koolstof 1 H 235 U 12 C
  9. 9. Bij een vast aantal protonen, kan men het aantal neutronen N laten variëren: ISOTOPEN 12 C Koolstof - 12 : 6 protonen (Z=6) en 6 neutronen 13 C Koolstof - 13 : 6 protonen (Z=6) en 7 neutronen 14 C Koolstof - 14 : 6 protonen (Z=6) en 8 neutronen
  10. 10. Opbouw van de nuclidenkaart isotopen 12 C 13 C 14 C 6 Z aantal protonen N aantal neutronen 6 7 8
  11. 11. Fragment uit de nuclidenkaart
  12. 12. Fragment uit de nuclidenkaart Z aantal protonen N aantal neutronen
  13. 13. Radioactief verval: de belangrijkste vervalwijzen Onstabiel door te weinig neutronen : bèta (+) verval proton wordt omgezet in neutron te veel neutronen : bèta (-) verval neutron wordt omgezet in proton te zwaar alfa verval een ‘stukje’ van de kern (2p+2n) wordt uitgezonden spontane splijting
  14. 14. Bèta verval proces dat zich afspeelt binnenin de kern  -  +
  15. 15. Bèta verval ontstaan van een nieuw element (dochterkern)  -  +
  16. 16. Bèta-straling spectrum van Natrium-24
  17. 17. Vervalwijzen van onstabiele kernen  + verval  - verval
  18. 18. Alfa verval: uitzending van een He-kern: twee protonen en twee neutronen  vb
  19. 19. Alfa-straling spectrum van Thorium-228
  20. 20. Vervalwijzen van onstabiele kernen  verval
  21. 21. De natuurlijke radioactieve alfa-stralers vervallen in verschillende stappen (alfa of beta) tot stabiliteit: Uranium, thorium, radium
  22. 22. Gammastraling <ul><li>Gammastraling ontstaat door verdere herschikking van protonen en neutronen in de kern </li></ul><ul><li>elektromagnetische golven </li></ul>
  23. 23. Neutronen <ul><li>Neutrale deeltjes; instabiel </li></ul><ul><li>Komen voor bij: </li></ul><ul><ul><li>kernsplijting: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>spontaan (californium-252, ook U en Pu) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>kernreacties </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>neutronenbronnen </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>alfastralers met lichte materialen </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Bij versnellers: bijvoorbeeld: (p,2n)-reacties </li></ul></ul>
  24. 24. Kernsplijting - kettingreactie geabsorbeerd in controlestaaf, U-238, FP of structuurmateriaal ; of weg uit de kern geabsorbeerd in controlestaaf, U-238, FP of structuurmateriaal ; of weg uit de kern
  25. 25. Straling in interactie met materie belangrijkste eigenschappen 2
  26. 26. Interactie van straling met materie   losmaken van electronen door elektromagnetische interactie: ionisatie (gedeeltelijk ook door excitatie)   losmaken van elektronen door elektromagnetische interactie: ionisatie (gedeeltelijk ook door excitatie)   fotoëlektrisch effect, compton effect: wegslaan van elektronen paarvorming: vorming van elektron-positron paren n botsingen met kernen excitatie van kernen (gevolgd door straling, deeltjesuitstoot, splijting)
  27. 27. ionisatie door straling een geladen deeltje of gamma maakt door interactie een electron los uit de invloedsfeer van een atoomkern hierdoor wijzigen de chemische eigenschappen van het atoom (of van de molecule)
  28. 28. Vrije weglengte in lucht van alfastraling, bètastraling, gamma- en neutronenstraling: typische waarden    n enkele centimeters enkele meters honderden meters honderden meters
  29. 29. Vrije weglengte van alfastraling, bètastraling, en gammastraling in vaste stoffen en vloeistoffen: typische waarden    enkele tientallen micrometer enkele tienden millimeter tientallen centimeters
  30. 30. Doordringingsvermogen van alfastraling, gammastraling en bètastraling
  31. 31. Verschil tussen bestraling en besmetting bestraling besmetting definitie Bron steeds buiten het lichaam De bron is opgenomen in het lichaam of op het lichaam gevaarlijkste straling Straling met een groot doordringingsvermogen (door huid, kledij,...) : gamma's, neutronen Straling die zijn energie in een klein gebied afgeeft aan het weefsel: vooral alfa's blootstellingstijd Tijd in de nabijheid van de bron Tijd van de aanwezigheid van de isotopen in het lichaam (verdwijnen via verval of uitscheiding) controle en registratie Relatief eenvoudig Systematisch toepasbaar Sterk afhankelijk van de isotopen; minder geschikt voor systematische controles
  32. 32. De absorptie van gammastraling en X-stralen is niet steeds dezelfde <ul><li>Zeer sterk afhankelijk van de energie van de straling </li></ul><ul><ul><li>beperkte doordringing: X-stralen en laag-energetische gamma’s </li></ul></ul><ul><ul><li>grote doordringing: hoog-energetische gamma’s bijvoorbeeld: Co-60, Cs-137, fissieproducten </li></ul></ul><ul><li>Zeer sterk afhankelijk van de elektronendichtheid van het materiaal (Z) </li></ul><ul><ul><li>Zeer goede afschermingen: Pb, W, verarmd U </li></ul></ul><ul><ul><li>Minder goed, maar goedkoop en sterk te maken: beton, water in bassin </li></ul></ul>
  33. 33. Meten is weten: Detectie van straling
  34. 34. Metingen op basis van ionisatie <ul><li>Gasdetectoren </li></ul><ul><ul><li>ionisatiekamers </li></ul></ul><ul><ul><li>proportioneeltellers </li></ul></ul><ul><ul><li>Geiger-Muller-tellers Straling maakt lading vrij in gascel Spanning zorgt voor versnelling/vermenigvuldiging </li></ul></ul><ul><li>Vaste stof detectoren: halfgeleiders </li></ul><ul><ul><li>Silicium </li></ul></ul><ul><ul><li>Germanium </li></ul></ul>
  35. 35. Meting op basis van scintillatie of lichtimpulsjes <ul><li>Sommige organische stoffen </li></ul><ul><ul><li>Stilbeen, anthraceen, ….. </li></ul></ul><ul><ul><li>Gebruikt in vloeibare vorm of verwerkt in plastic </li></ul></ul><ul><li>Sommige zouten en andere vaste stoffen </li></ul><ul><ul><li>NaI(Tl), ZnS </li></ul></ul>
  36. 36. Tijd voor wat praktische voorbeelden…. <ul><li>Vorm van meetmonsters </li></ul><ul><li>Keuze en constructie van detector </li></ul><ul><li>Veiligheid van werknemer </li></ul><ul><ul><li>Bij bestraling </li></ul></ul><ul><ul><li>Bij besmetting </li></ul></ul><ul><li>Toepassingen in de industrie </li></ul><ul><li>Toepassingen in de geneeskunde </li></ul>
  37. 37. De ideale vorm van meetbronnen <ul><li>Alfa-straling: </li></ul><ul><ul><li>zo dun mogelijk; anders te veel zelfabsorptie in de bron </li></ul></ul><ul><ul><li>ofwel: vloeistofscintillatie: oplossing zowel detectievloeistof als meetmonster bevat </li></ul></ul><ul><li>Beta-straling: analoog, maar minder kritisch </li></ul><ul><li>Gamma-straling: </li></ul><ul><ul><li>gewoon product in een geschikt recipiënt </li></ul></ul>
  38. 38. Keuze en vorm van detector <ul><li>Alfastraling </li></ul><ul><ul><li>dun venster </li></ul></ul><ul><ul><li>zowel gasvormige als vaste detectoren </li></ul></ul><ul><ul><li>bij voorkeur niet dik (geen invloed van gamma of beta als zeer dun) </li></ul></ul><ul><li>Beta-straling </li></ul><ul><ul><li>iets steviger venster mogelijk </li></ul></ul><ul><ul><li>vaak enkel gebruikt voor besmettingsmeting via gasvormige detectoren </li></ul></ul><ul><li>Gammastraling </li></ul><ul><ul><li>als activiteit niet te hoog: vaste detectoren van behoorlijke dikte gevoeligst </li></ul></ul><ul><ul><li>als actiever: ook gasdetectoren </li></ul></ul>
  39. 39. Veiligheid van de werknemer bij uitwendige bestraling <ul><li>Alfastraling: bereik zeer klein in lucht en vaste stof: straling raakt niet boven (dode) opperhuid; dus: onschadelijk </li></ul><ul><li>Betastraling: bereik voldoende om door opperhuid te dringen: “beta-burns”; geen gevaar voor “vitale” organen </li></ul><ul><li>Gammastraling: straalt doorheen het hele lichaam </li></ul><ul><li>Neutronenstraling: idem + grote kans op activatie van elementen in het lichaam (Na, Cl, K, Fe etc.) </li></ul>
  40. 40. Veiligheid van de werknemer bij inwendige besmetting <ul><li>Alfastraling: zeer lokaal: enkele cellen </li></ul><ul><ul><li>zeer gevaarlijk </li></ul></ul><ul><ul><li>moeilijk op te sporen: via excreta </li></ul></ul><ul><li>Betastraling: minder lokaal, maar toch beperkte afstand </li></ul><ul><ul><li>minder schadelijk </li></ul></ul><ul><ul><li>eveneens moeilijk op te sporen </li></ul></ul><ul><li>Gammastraling: ook op grotere afstand </li></ul><ul><ul><li>Schade vooral in besmet orgaan, maar ook naburige en verder gelegen organen </li></ul></ul><ul><ul><li>meetbaar met gevoelige detectoren </li></ul></ul>
  41. 41. Toepassingen in de industrie <ul><li>Diktemonitoring, keuze straling afhankelijk van materiaal en dikte (folies tot staalplaten) </li></ul><ul><li>Niveaubepaling in grote opslagtanks </li></ul><ul><li>Lascontroles </li></ul><ul><li>Bestraling van voedsel en geneesmiddelen voor langere bewaring en sterilisatie </li></ul><ul><li>Rookdetectoren </li></ul>
  42. 42. Toepassingen in de geneeskunde <ul><li>Diagnose: Tc-99m (en andere) </li></ul><ul><ul><li>Molecules die bepaalde “tumor” zoeken en die “gelabeled” zijn met een radio-isotoop </li></ul></ul><ul><li>Radiologie: X-stralenfoto’s </li></ul><ul><li>Terapie: bestraling van tumoren </li></ul><ul><ul><li>Schildklier: I-131 </li></ul></ul><ul><ul><li>Diepe tumoren: doordringende straling of inbrengen bron </li></ul></ul><ul><li>Nog in onderzoek: terapie met gelabelede moleculen </li></ul><ul><li>Nieuwe toepassing: bestraling bij ballondilatatie: ader bestralen met beta-straling </li></ul>
  43. 43. energieafzetting in materie ; geabsorbeerde dosis en equivalente dosis de ernst van een bestraling wordt bepaald door de hoeveelheid lokaal afgezette energie de ernst van de stralingsschade wordt bepaald door de hoeveelheid lokaal afgezette energie en de aard van de straling ; alfa's richten voor éénzelfde energieverlies veel meer schade aan dan bèta's en gamma's geabsorbeerde dosis equivalente dosis J/kg Gray (dosis (Gy) x radiologische wegingscoëfficiënt) Sievert de coëfficiënt is 20 voor alfa-straling, 1 voor beta- en gammastraling
  44. 44. Als je zelf een opstelling wil bouwen: waar op te letten <ul><li>Alfabronnen: </li></ul><ul><ul><li>enkel zin als detector geschikt </li></ul></ul><ul><ul><li>“ verzonken” bron met degelijke garantie dat geen besmettingsgevaar </li></ul></ul><ul><li>Pure betastraler: weinig nut </li></ul><ul><li>Gamma-straling </li></ul><ul><ul><li>Bron moet voldoende actief zijn om 1/r2 e.d. aan te tonen </li></ul></ul><ul><ul><li>Bron mag niet te actief zijn, want geeft dosis </li></ul></ul><ul><li>Steeds op letten: </li></ul><ul><ul><li>Koop geen bron die vergunningplichtig is </li></ul></ul><ul><ul><li>Werk niet met open bronnen die besmetting kunnen geven </li></ul></ul><ul><ul><li>Koop geen bron waarvoor je detector niet gevoelig is </li></ul></ul>
  45. 45. Eenheden van stralingsactiviteit en dosis aantal desintegraties per seconde Bq (Becquerel) (curie) = equivalente stralingsdosis Sv (Sievert) &quot;activiteit&quot; &quot;dosis&quot; Opmerking: 1 curie = de activiteit van 1 gram zuiver Ra-226 1 curie = 3.7 E10 Bq
  46. 46. Verband risico/dosis bij hoge en lage stralingsdosis Lineaire drempelwaarde - theorie
  47. 47. Inwendige blootstelling Specifiek gedrag van radionucliden in het lichaam
  48. 48. Natuurlijke en kunstmatige radioactiviteit 3
  49. 49. Natuurlijke en kunstmatige radioactiviteit De stralingsbelasting van de Belgische bevolking
  50. 50. Dosistempo ten gevolge van de gemiddelde achtergrondstraling in België
  51. 51. Evolutie van de inwendige besmetting met Cs-137 bij de Belgische bevolking
  52. 52. Pathways voor bestraling en besmetting
  53. 53. Natuurlijke radioactiviteit De Uranium-238 reeks
  54. 54. Natuurlijke radioactiviteit De Thorium-232 reeks
  55. 55. Schematisch model van een PWR (watergekoelde kernreactor)
  56. 56. Dosislimiteringssysteem van de ICRP voor praktijken en interventies

×